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一、产品简介

1.1 产品设计背景

    交通运输系统的发展水平是国家兴旺发达的重要标志之一。过去10年来,随着我国经济的快速发展,汽车保有量也迅速增加,人们的出行范围在不断扩大。道路拥堵、尾气污染和交通安全事故等车和路、交通与环境的矛盾已经成为制约社会和经济正常运转的因素之一。智能交通将先进的传感、通信和数据处理等物联网技术,应用于交通运输领域,以此来构建一个安全、畅通和环保的交通运输系统,这是解决未来交通运输问题的有效方案。智能交通中的物联网技术具有典型的物联网三层架构,由感知层、网络层和应用层组成。其中感知层主要实现交通流信息的采集、车辆识别和定位等功能;网络层主要实现交通信息的传输;应用层主要包含各类应用,既包括局部区域的独立应用(如交通信号控制服务和车辆智能控制服务等),也包括大范围的应用(如交通诱导服务、出行者信息服务和不停车收费等)。
   智能交通作为物联网技术应用的一个重要方面,是各个高校的学习和研究重点,但是由于智能交通的特殊环境背景,并不是每一个学校都有合适的场地和产品来完成这方面的研究。为了解决这个问题,广州飞瑞敖电子科技有限公司设计了IOT-P02-04型智能交通沙盘来满足学校的教学和科研使用。

1.2 产品设计目标

    广州飞瑞敖电子科技股份有限公司IOT-P02-04型智能交通沙盘根据模拟实际交通场景,组建具有行业特色的物联网智能交通实训室,与实际应用紧密结合,覆盖物联网三个层面的主要技术,包括传感器技术、RFID技术、微处理器技术、Wi-Fi通信技术等。将当前热门的物联网技术和最有市场潜力的物联网应用方案结合,提供了贴近现场应用的模拟环境,可以用于物联网基础理论学习以及验证性实验教学,还可用于物联网应用系统综合布线及二次开发的实训教学,为师生接触和研究当前先进技术搭建桥梁。让学生在学科实践中不仅能接触到硬件、编写代码,还能体会实际产品开发过程中各相关专业知识的交叉引用,积累开发经验。有了智能交通沙盘,学生不用走出校门、不用找企业实习,在实验室就能积累产品开发的经验、培养团体精神、提高技术技能。为学生的就业创造更好、更多的机会。

1.3 产品创新点

● 工业化设计,组装简便,稳定可靠;
● 无线WiFi传输控制方式,联网简便,灵活配置;
● 即能满足理论教学,又能满足行业应用教学;
● 开放硬件和软件,可进行二次开发;
● 沙盘设计精细美观大方,拥有优越的展示和演示效果,如图1.1所示,设计人员对沙盘上的每一个模型,每一处细节都做了精雕细琢,精益求精;
图1.1

二、.产品介绍

2.1 产品概述

    如图2.1所示,广州飞瑞敖电子科技有限公司IOT-P02-04型智能交通沙盘由不锈钢底座,亚克力跑道场景模型以及运行在模型上的智能小车三部分组成。不锈钢底座内装配有温湿度、光照、继电器等传感及控制模块,对交通周边环境数据进行采集;亚克力跑道模型下埋有用于小车定位的RFID标签,跑道模型上装配有用于道路实时监控的摄像头、ETC收费亭、智停车位、智能无线充电桩、智能公交车车站、楼宇市电控制、红绿交通灯以及路灯等设施;智能小车由STM32单片机做为核心MCU,车上集成有RFID读卡模块、超声波传感器、红外循迹模块、无线充电接收端、OLED显示屏、超高频标签等模块,实现无人驾驶、自动避障、无线充电等功能。所有模块之间均采用WiFi无线通信协议进行互联互通。用户既可以直接使用配套光盘提供的软件对整个智能交通系统进行控制体验智能交通应用,也可以根据配套光盘提供的二次开发资源,设计并自行开发上位机软件,完成<物联网软件设计>课程的课程实验。

2.2 产品实物图

图2.1 IOT-P02-04型智能交通沙盘

 2.3 产品功能详解

    物联网智能交通系统主要包括:智能小车、智能交通系统(交通路口控制)、路灯自动控制系统、ETC系统、智能停车系统、智能无线充电系统、智能公交站系统、智能交通显示系统等。

2.3.1 智能小车驾驶

    智能小车是整个智能交通系统中的重要组成部分,小车按照指定的规则运行完成各种智能交通系统的应用和功能。智能小车采用双层PCB板+X设计模式。底层PCB板主要包括超声波模块、红外模块、电机控制模块、RFID读卡模块等传感器。上层PCB板主要包括主MCU、按键控制、WiFi设备服务器、显示屏等。X为小车预留的扩展接口,可以搭载无线充电模块、副MCU等扩展板,为小车的功能扩展提供了无限可能。
图2.2 智能小车
● 智能小车自动驾驶
 具有根据预先规划的路径、寻线运行的能力,即能够在智能交通沙盘平台系统上,按照道路规划线,自动运行,自动避障,自动报警等功能。
● 遥控车
 网络遥控:通过网络设备本地/远程网络遥控小车在智能交通沙盘上运行。其控制方式可以采用直接控制智能小车,也可以采用通过实验室的服务器控制小车。
 不同的控制方式,覆盖不同的技术,可以展开多种技术的教学与实践。

2.3.2 道路交通管理

   交通沙盘配备有多条主干道,能同时容纳多辆车运行,加入上位机调控后还能实现车辆在路口的自动避让、驶入驶出停车场、充电桩等功能。和道路交通管理系统包括交通路口控制、车辆速度测量等单元,实现多车的十字路口控制、道路的监控、车速测量等功能;并通过OLED显示屏,显示交通系统电子地图(GIS)、道路交通状况、环境参数、车辆跟踪、交通规划等,提供远程网络访问、及交通指引。
车辆定位如下图所示:
图2.3 车辆定位
● 交通路口控制:十字路口双向交通控制,其控制器接入物联网后台服务器,实现多车的无碰撞自动运行、本地/远程网络控制以及参数的网络配置等。
● 车辆速度测量:测量指定车辆电机速度。
● 违章记录:通过ETC入口开关以及小车测速,感知车辆经过道路路口、测速点、测速区间的违章情况,自动记录违章车辆的违章信息。
● 智能交通系统: 显示屏显示模拟系统电子地图,并将道路交通信息、环境感知数据、车辆位置信息实施显示在显示屏上。实现道路交通状况的显示与网络发布、特定车辆的位置跟踪和交通引导,并支持智能终端的本地/远程网络访问和信息发布。

2.3.3路灯自动控制系统

    路灯自动控制系统完成对城市路灯的自动管控。沙盘上装配的光照传感器,继电控制器,路灯及楼宇灯光系统,光照传感器采集周边光照数据,并将数据通过WiFi的方式传输给后台应用程序。应用程序支持自动/手动模式。自动模式根据光照数据判断现在使用需要打开/关闭灯光,如有需要则发送指令给继电器模块从而达到灯光系统的自动控制效果。手动模式需要则需从上位机发送指令拿取当前的光照强度,以此判断是否需要开灯。
图2.4  城市照明管理系统

 2.3.4 ETC系统

   ETC系统模拟高速公路不停车收费系统。系统包括:超高频装置、车辆检测装置、自动道闸控制装置、车道拍摄装置、信息显示装置等。
图2.5  ETC通道模拟图
超高频装置:包括超高频读卡器、车载超高频标签。
车辆检测装置:检测车辆是否进出道闸。
车辆检测传感器采用红外对射传感器。
自动道闸控制装置:包括自动栏杆和控制器,控制道闸的通/关。
ETC系统实现了对车辆电子车牌的识别、入口收费站信息、行驶里程、扣费信息等信息的处理。
图2.6  ETC收费站出入口界面
 

2.3.5 智能停车系统

    智能停车系统模拟区域停车信息系统及停车场管理系统。主要硬件设备包括:HMI显示屏(显示停车场剩余车位、每个停车位停车时间、扣费状况)、停车场信息显示器、车载RFID读卡器、车位传感器、停车场收费信息显示器等
区域停车信息系统包括区域停车场信息实时发布、停车场位置导航等。
停车场管理系统包括停车场车位信息显示、停车导引、视频监控、车位传感器、停车场收费系统等。
图2.7  停车场界面
● 停车信息系统
 通过电子地图实时显示停车场信息,包括位置、车位信息、收费标准等,并提供位置导航指引,引导车辆到达指定停车场。
● 停车场管理系统
 功能包括:停车场车位信息显示、停车指引、车辆进出管理、停车收费系统等。
 车位传感器:通过红外反射式传感器,感知车位状态,并将状态信息上传数据服务器。
 停车场收费信息显示:停车时间、停车费等信息。

 2.3.6 无线充电系统

    无线充电系统为车辆提供紧急充电服务。
无线充电桩包括无线充电发射板(台面上)和无线充电接收板(小车上)。小车处于低电量状态时发出蜂鸣器报警,可以通过上位机发送指令控制小车进入指定的充电桩进行紧急充电。
图2.8 无线充电站
 
 

2.3.7 公交车站系统

 公交车站系统模拟显示公交车的到站提醒。
上位机对两辆车进行实时定位,然后通过WIFI模块发送指令给台面上的公交站台,公交站台对指令解析后显示对应的车辆的到站信息。
图2.9  公交站界面

.支撑课程及实验清单

    IOT-P02-04型智能交通沙盘既可以做为物理网工程专业<物联网软件设计>课程的实验平台使用,完成物联网综合应用开发实验,也可作为如<智能交通工程应用><城市照明系统工程应用><智能交通系统概论>、<城市智能交通系统>等课程的科研平台。
智能交通实训系统基础实验
实验1 开发环境的搭建及硬件检测
实验2 μC/OS-II的简介
实验3 LED驱动
实验4 串口通讯
实验5 IIC通讯
实验6 定时器中断
实验7 外部中断
实验8 PWM输出
实验9 ADC 实验
智能交通实训系统综合实验
实验1 停车场系统
实验2 交通路口系统
实验3 路灯控制系统
实验4 停车场系统
实验5 ETC系统
实验6 小车调速实验
实验7 小车遥控实验
实验8 小车自动控制系统

一、智能交通沙盘硬件

1、无线充电车
2、智能循迹车
3、智能交通系统
4、路灯自动控制系统
5、公共汽车站系统
6、ETC系统
7、智能停车系统
8、沙盘平台结构
9、中控一体机

二、智能沙盘管理软件